一种高效率的能量回馈单元零序电流有源补偿电路的制作方法

本实用新型涉及电路设计的技术领域，具体是指一种高效率的能量回馈单元零序电流有源补偿电路。

背景技术：

在变频调速系统中，如果在势能型负载重心下行或者大惯性负载停机的过程中，会导致电机处于四象限工作状态并伴随有大量的势能或动能与再生电能之前的相互转化。通常为了确保变频调速系统正常运行，需要将这部分能量采能制动方式在制动电阻上消耗掉，或者采用回馈制动方式将这部分能量送回电网通过其它用电负载消耗掉。实现将再生电能送回电网重新利用的设备通常称之为能量回馈单元。

由于通常电网存在三相之间的不平衡性，以及能量回馈单元本身控制电路的原器件精度的影响，通常其输出会有一定成分的零序电流。在能量回馈单元中，为减轻体积和成本，其输出到电网之间所使用的三相滤波电感通常都采用三磁柱的铁芯结构。由于三相磁路的对称性，因而零序励磁阻抗是较小的，导致能量回馈单元所产生的零序电流完全不加抑制的输入电网，必然会对附近的其它设备运行造成一定的影响。

为了减少零序电流的不利影响，通常有两种解决方案：

解决方案1：常用的方案是在回馈单元与电网之间接入一个额外的零序电抗器，通常可以采用适合高频工作且导磁率较高的铁氧体磁环作为电抗器的磁路，将回馈单元的输出三相电缆同时穿过一组铁氧体磁环如图1所示，磁环与穿绕的输出电缆一起构成一个零序电抗器来抑制零序电流(磁环同时也起到rfi滤波器的作用)，通过调节磁环的数量和绕线的圈数可以改变电抗器的电感量，从来获得理想的零序电流抑制效果。这种解决方案的优点是实现简单、成本较低，只需要在安装的时候将输出电缆穿绕磁环即可。不足之处是通过零序电抗器只能是抵制零序电流使之对系统工作的影响最小，却无法完全消除零序电流，同时在有零序电流流过时磁环产生损耗发热，个别场合零序电流较大时磁环温升过高，绕在其上的电缆有融化短路的危险。

解决方案2：采用有源补偿的方式，即将输出三相电缆同时穿过一个电流互感器，这样有零序电流流过时电流互感器会感应出相应的零序电流，再将些零序电流通过双极性三极管组成的共射推挽放大电路生成与回馈单元大小相等，极性相反的补偿电流，两个电流相互抵消即可将零序电流的影响降到最低。通常采用的电路如图2所示.此方案优点是对零序电流采用有源补偿的方式，若电路调试到理想状态时可以实现补偿与零序电流接近相互抵消，但同时也存在如下几个缺点：缺点1是电路损耗较大，因为补偿电路直接由能量回馈单元的直流母线供电，通常直流母线电压在回馈时约为600v以上，且双极性三极管v1、与v2工作在不完全导通的放大状态，因此由欧母定律可知即使三极管中流过很小的电流，在三极管上消耗的功率p＝ui也会较大，这不仅增加了整个装置的功率损耗，严重时会导致三极管v1与v2过热损坏。缺点2同样是因为直流母线电压较高，也就需要选用高耐压大电流的双极性三极管，通常v1和v2分别需要选择耐压为1200v以上的npn和pnp型功率三极管，同时满足耐压与电流要求可供选择的型号规格有限且成本较高。缺点3是此电路为一个简单的开环放大电路而没有对补偿电路的反馈调节，所以实际应用时需要调节电流互感器的匝数比与三极管的放大系数相匹配以确保经三极管放大输出的的补偿电流与检测到的零序电流大小一致想到抵消，三极管的放大倍数通常离散性较大很做到完全一致，这也给批量生产带来了较大的不便。由于存在这些缺点因为这种补偿电路通常仅适合低电压小功率的应用场合，对于大功率的系统较难推广应用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是完善以上技术缺陷，提供一种的可以精确补偿零序电流的一种高效率的能量回馈单元零序电流有源补偿电路。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种高效率的能量回馈单元零序电流有源补偿电路，包括回馈装置、两个霍尔电流传感器、滞环电流比较器、两个igbt开关管、供电电源、电感l滤波和r9上拉电阻，所述供电电源和霍尔电流传感器相连接，所述两个霍尔电流传感器均与滞环电流比较器相连接并分别输出电压信号ius和ivs作为给定和反馈输入，所述滞环电流比较器包括四个运放组成的绝对值检波电路，所述绝对值检波电路将电压信号ius和ivs转变为pru和prv输出信号并分别送到滞环电流比较器的输入端，所述滞环电流比较器驱动igbt开关管输出高频pwm调制波，所述高频pwm调制波与电感l滤波相连通。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：采用两路霍尔电流传感器分别检测零序电流与输出补偿电流实现闭环调节，采用滞环电流控制模式实现精确电流控制且鲁棒性好，输出功率器件采用igbt模块且工作pwm状态因此能量转化效率高，本装置主要实现了能量回馈单元运行过程中对零序电流的有源补偿功能，避免了零序电流对电网中所连接其它设备的干扰以及对设备工作的其它不利影响；通过对零序电流和补偿电流的滞环电流比较控制，可以实现对零序电流的高精度补偿，产品一致性较好，生产过程中不需要再做复杂的调试；由于采用了pwm调制输出，功率管输出的是按零序电流大小变化的pwm波形，再通过电感l滤波变成与零序电流完全一致的补偿电流波形，避免了模拟电路功率器件工作在线性不完全导通状态损耗高的问题，能量转化效率可达95％以上，功率器件发热很小，大大减小了散热器的尺寸和成本，同时也提高了长期工作的可靠性。

进一步地，所述供电电源为+15与－15v。

进一步地，所述滞环电流比较器的输入端采用专业驱动芯片，可以直接控制两个igbt实现pwm调制输出。

进一步地，所述高频pwm调制波经电感l滤波后得到与零序电流方向相反、大小一样的补偿电流，能够实现精确补偿零序电流的目的。

进一步地，所述pru和prv输出信号取绝对值对滞环电流比较器进行输入。

进一步地，所述r9上拉电阻的阻值可以改变，可以改变滞环电流控制精度，同时也调节了输出pwm的工作频率。

附图说明

图1是磁环构成的零序电抗器抑制零序电流。

图2是有源补偿的方式抑制零序电流。

图3.1是本实用新型专利一种高效率的能量回馈单元零序电流有源补偿电路的电路原理图。

图3.2是本实用新型专利一种高效率的能量回馈单元零序电流有源补偿电路的滞环电流控制部分原理图。

图3.3是本实用新型专利一种高效率的能量回馈单元零序电流有源补偿电路的输出驱动部分原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

结合附图，一种高效率的能量回馈单元零序电流有源补偿电路，包括回馈装置、两个霍尔电流传感器、滞环电流比较器、两个igbt开关管、供电电源、电感l滤波和r9上拉电阻，所述供电电源和霍尔电流传感器相连接，所述两个霍尔电流传感器均与滞环电流比较器相连接并分别输出电压信号ius和ivs作为给定和反馈输入，所述滞环电流比较器包括四个运放组成的绝对值检波电路，所述绝对值检波电路将电压信号ius和ivs转变为pru和prv输出信号并分别送到滞环电流比较器的输入端，所述滞环电流比较器驱动igbt开关管输出高频pwm调制波，所述高频pwm调制波与电感l滤波相连通。

所述供电电源为+15与－15v。

所述滞环电流比较器的输入端采用专业驱动芯片，在具体实施时，可采用hcpl3120、hcpl316j等，hcpl3120输出有2a的igbt门极电流驱动能力。

所述高频pwm调制波经电感l滤波后得到与零序电流方向相反、大小一样的补偿电流。

所述pru和prv输出信号取绝对值对滞环电流比较器进行输入。

所述r9上拉电阻的阻值可以改变。

本实用新型在具体实施时，如图3.1，通过两个霍尔电流传感器，分别检测回馈装置在运行过程中产生的零序电流以及补偿装置输出的补偿电流，两个电流传感器将电流转化为0～4v的电压输出，分别作为滞环电流比较器的给定与反馈输入，通过滞环电流比较器得到需要输出的pwm信号，驱动两个igbt开关管v1、v2输出相应的高频pwm调制波，输出pwm调制波形经电感l滤波后得到与零序电流方向相反、大小一样的补偿电流，实现精确补偿零序电流的目的。如图3.2，h1与h2分别为两个霍尔电流传感器，待测电流导线从霍尔传感器中间的方孔穿过，给传感器加上+15与－15v供电电源，传感器输出即为与待测电流成正比的电压信号ius和ivs。两者输出再分别通过u1中的四个运放组成的绝对值检波电路，将交流信号正负半波变为同一极性得到pru和prv输出信号。经过取绝对值的电流信号分别送到比较器u2a的输入端即可实现滞环电流控制。改变r9的阻值可以改变滞环电流控制精度，同时也调节了输出pwm的工作频率。如图3.3，滞环电流比较输出得到的pwm信号ku，经比较器u2b和u2c分成上下桥不同的驱动信号，再送到n1和n2的输入端。n1与n2采用专用驱动芯片，比如hcpl3120、hcpl316j等，图中所示为采用hcpl3120的电路接线。hcpl3120输出有2a的igbt门极电流驱动能力，可以直接控制两个igbt实现pwm调制输出。

以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。